2011年三大热门电子技术话题探讨

　　2010年，有2个概念最值得人们探讨：“苹果”和“环保”。

　　“苹果”概念：以iPhone为首的手机和以iPad为首的平板电脑这股“苹果”风，除了引爆便携式消费电子市场外，更是带动了触摸屏技术的迅猛发展。据行业分析师认为，触摸屏在电子设备的渗透率将分为前后两期：前期为20%-30%，后期将达到60%。2010年已经超越了30%的渗透率，2011年将是后期60%的发展之年。

　　“环保”概念：随着我国经济持续高速发展，缺煤、缺电、缺油几乎同时出现，加上我国是能源消费大国，早在2002年，我国能源消费已位列全球第二，仅次于美国，时至2010年我国一次能源消费量达到了32.5亿吨标准煤，同比增长了6%，能源消费跃居全球之首。加之，近期发生的日本核泄漏事件，更是引发了人们对能源获取之道的重新审度。在全球能源紧缺的大环境下，清洁环保的太阳能光伏、风电等清洁能源将被加速，从而带动逆变器市场的发展；新能源汽车技术也在这样的大环境下异军突起，各种新型充电技术将搬上环保的舞台。

　　在“苹果”和“环保”概念下，触摸技术、逆变器技术以及新型充电技术讨论将在延2011年继续延伸。本期半月谈将与大家一起探讨触摸屏在设计的时候需要注意哪些要点，如何提高光伏逆变器效率以及新型充电技术的技巧。

触摸技术

　　触摸屏作为新型的输入设备，有利于电子产品小型化、操作简洁化、外观时尚化，触摸式按键使按键操作更加灵活方便，带动了触摸技术火速进入消费电子市场，目前个人数码产品和商用显示都纷纷采用了触摸技术。

　　1）触摸屏工作原理和性能

　　触摸屏系统包括触摸检测装置和触摸屏控制器。触摸检测装置安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接收后送触摸屏控制器；触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行，这就是其工作原理。触摸屏一般分为四大类：电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外线式触摸屏和表面声波触摸屏，每种触摸屏都有其独特的性

　　2）电容式触摸设计要点

　　目前市场上因为电容屏凭借其多点触控功能而得到广泛应用。电容触摸屏和电阻式触摸屏截然不同，电阻屏相对来说比较稳定、设计简单，那么在进行电容式触摸屏设计的时候需要注意哪些问题呢？当我们对触摸屏进行操作的时候，用指尖触摸，是不会有效的，因为电容触摸屏受到手指和触摸屏之间接触面积的影响，倘若增大手指与屏幕的接触面积，则可能会出现误操作，这就引出了良好用户接口的设计问题。所有的电子设备都需要考虑其ESD问题，对于配有触摸屏的移动设备，屏幕的增大带来耗能的曾大，耗能问题急需解决，还有诸如触摸屏本身的材质选取、触摸屏的各种电气参数……这些都是在设计中需要考虑的。

　　3）电容式触摸解决方案

　　触摸系统主要包括触摸屏、控制器、微处理器三部分，触摸屏作为输入系统，用于检测用户的操作，并形成电信号；控制器充当触摸屏和微处理器之间沟通的桥梁，内涵一个AD转换器件；微处理器是核心部件，负责运算。其中，控制器与触摸屏的触控点数目、精确度、相应时间、功耗、信噪比有关，好的技术方案可以在节省成本和使用资源上为触摸系统做出贡献，开发优化触摸系统的重点落到了控制器上。目前，市场上电容式触摸控制解决方案主要包括True Touch技术、mTouche技术和maXTouch技术，这些技术解决了在电容屏上使用触笔、缩短触摸系统的开发时间、触摸响应时间、精度等问题，同时也朝着小型化发展。

　　4)  触摸屏接口设计案例分享

　　触摸屏输入输出设备，由触摸屏、触摸屏控制器和微控制器三部分组成，要求精确、方便、准确的控制，其应用简化了人机交互过程，使得数据的显示和输入结合为一体，大大缩小了整个设备的体积。触摸屏附着在显示器的表面，与显示器配合使用，通过触摸产生模拟电信号，经过模数转换变为数字信号，并由微处理器计算得出触摸点的坐标，从而得到操作者的意图并执行。控制器的功能主要是在微处理器的控制下向触摸屏的两个方向分时施加电压，并将相应的电压信号传送给自身A/D转换器，在微处理器SPI口提供的同步时钟作用下将数字信号读入微处理器。微处理器则相当于人类的大脑，一切的数字信号控制均需要经过这个核心部件。

　　激光治疗仪系统因为其特殊应用对系统的响应时间要求比较严格，通过对内部寄存器和算法的优化设置，可以提高复杂控制系统的响应时间。便携产品需要面对的挑战是续航时间，从超低功耗的趋势出发，提出了以零功耗Altera MAX IIZ CPLD逻辑器件对智能手机触摸屏接口的设计，并详细介绍了2D触摸传感器的原理及其设计，通过 MAX IIZ CPLD和AD7142 CDC触摸屏解码达到缩短响应时间、提高精确度和降低功耗等等。

高效率逆变器设计

　　太阳能交流发电系统是由光伏组件、光伏控制器、蓄电池组和逆变器共同组成（如图1）,，其中，逆变器是最重要的部分。逆变器是一种电源转换装置，其主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电，图2表示了逆变器在太阳能交流发电系统中的作用。

　　1）半导体功率器件的选择

　　太阳能逆变器通过全桥电路，一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等，得到与照明负载频率、额定电压等相匹配的正弦交流电供终端用户使用。最高效率是太阳能逆变器的最重要指标，除了通过一个boost电路来对太阳能电池输入电压进行最大功率点跟踪，功率器件的加入以及正确选用，将会大大提高太阳能逆变器的效率。

　　用于逆变器的功率器件主要有IGBT和MOSFET两种，其中IGBT导通压降具有非线性特性，可以使IGBT的导通压降不随着电流的增加而显著增加，其工作在50HZ的电网频段，MOSFET比IGBT工作在更高的开关频率，一般在16KHZ频段左右。在DC/AC升压变换器中，由升压二极管、升压晶体管和储能电感组成的电压变换电路，输入的脉冲经过放大器放大后驱动晶体管做开关动作，使得直流电压对电感进行充放电，此时，在电感的另一端就能得到交流电压。一般而言，在选择升压二极管时，必须考虑到反向恢复电流对升压开关的影响，因为这会导致额外的损耗，使用碳化硅二极管，可大大减少晶体管的开通损耗和二极管的关断损耗，还可减少电磁干扰。对于额定600V的升压开关，可采用超级结MOSFET，可降低单位面积的导通电阻。对于需要1200V功率开关的太阳能逆变器，IGBT是适当的选择。使用超级结MOSFET在输出变换器中，开关频率没有DC/AC变换器的高，处理由所有组变换器产生的电流总和时，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)将是最理想的器件。

　　2）逆变器的拓扑结构设计

　　逆变器的拓扑结构决定着整个太阳能并网发电系统的效率和成本，是影响系统经济可靠运行的关键因素,拓扑结构的选择和光伏逆变器额定输出功率有关：对于4kw以下的光伏逆变器，通常选用直流母线不超过500v，单相输出的拓扑结构,而大功率光伏逆变器需要使用更多的光伏电池组和三相逆变输出，最大直流母线电压会达到1000v，综合考虑开关速度，利用中心点箝位的拓扑结构，便可使用600v的器件取代1200v的器件，提高太阳能逆变器的效率。不管是单向还是三相光伏逆变器拓扑设计，其趋势都是朝着效率更高、无功功率补偿和双向变换模式发展，通过在原来的拓扑设计上适当的增加功率器件，可以使太阳能逆变器高效的运作。

电动汽车充电技术

　　电动汽车早已成为世界车展上的一个焦点，其替代传统能源驱动技术无疑是未来行业发展的重点。对于一台电动汽车，蓄电池是其动力所在，充电是其不可缺少的行为，为适应当今社会快速发展的步伐，智能快速的充电方式成为了电动汽车充电技术的发展趋势。

　　1）电动汽车的充电方式

　　目前电动汽车充电方式有三种，即更换电池、快速充电、无线充电。

　　更换电池实质是将新能源汽车动力电池环节市场化运营，有利于降低电动车的售价及减短充电时间，但是行业专业化高。快速充电是以较大电流在短时间内为电动汽车提供快速充电服务。增大充电电流，可以使电池极板上单位时间内恢复的活性物质增多，但是会减短电池的使用寿命。“无线充电”策略摆脱了线的束缚，其最流行的解决方案包括电磁感应和磁共振。

　　2）电动汽车用充电电池及其充电技术

　　电动汽车充电的载体是动力电池，在充电过程中，通过电化学反应把电能转化为化学能，缩短动力电池的充电时间和增加动力电池的充电容量是充电的关键技术。目前主要的电动汽车动力电池由铅酸电池、氢镍电池、锂离子电池三分天下。

　　动力电池的性能由其物理结构决定，并决定着充电技术的选取。铅酸电池受环境的影响较大，温度等因素会对电池的SOC值影响较大，在变电流放电的情况下，脉冲分阶段恒流快速充电能够很好的适应铅酸电池的充电特点。氢镍电池在高温充电时，副反应氧析出反应会加速，使得电池内压升高，容易发生爆炸，可以通过调整配方工艺加以改善，提高高温下充电效率和安全性，其充电技术主要采取恒电流充电方式。锂离子电池目前是运用最多的动力电池，其性能与正极材料密切相关，锂钴氧化物和锂锰氧化物适宜锂离子的脱嵌，成本低廉、无污染以及耐过充性和热安全性更好，对充电过程中的保护要求相对较低，适宜作为正极材料。动力电池的性能和寿命不仅与自身的参数有关，充电方式、充电结束电压、充放电电流等充电过程中的因素也会对其造成一定的影响，需要根据各种因素对动力电池的充电技术进行选取。

　　3）超级电容在快速充电中的应用

　　超级电容器是介于电容器和电池之间的储能器件，它既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电化学电池的储能机理，凭借其容量大、功率密度大、使用寿命长、安全性强和对环境没有污染等特性，成为了电动汽车动力开发的重要方向之一。其在启动、加速和上坡行驶作业时可提供瞬时大功率，并在汽车制动时回收能源加以利用，最重要的是超级电容器可以实现快速充电，对电动汽车实现续航具有重大意义。

　　4）电池管理系统在电动汽车充电过程的作用

　　电池管理系统与电动汽车的动力电池紧密结合在一起，对电池的电压、电流、温度等参数进行时刻检测，同时还进行着多种智能管理：漏电检测、热管理、电池均衡管理、报警提醒……其中最重要的是它在电动汽车充电过程中发挥着保护电路与调节最优充电的作用。在充电过程中，电池可接受的充电电流是有限的，且会随着充电时间呈指数规律下降，甚至会出现过充电现象，对电池造成损伤。电池管理系统可以时刻检测电池的各项参数，并根据参数自动调节充电电流的大小，提高电池的充电效率，保证了汽车系统的安全。